Por que em caso de uma inesperada despressurização da cabine do avião devemos usar a “máscara de oxigênio?”

Quem viaja ou já teve a oportunidade de viajar de avião, ao prestar atenção às instruções dos(as) comissários(as) de bordo antes da decolagem da aeronave, já ouviu o seguinte alerta: “Em caso de uma inesperada despressurização da cabine do avião, máscaras de oxigênio cairão automaticamente dos compartimentos localizados acima dos assentos. Puxe a mangueira para liberar o fluxo de ar e coloque a máscara sobre o nariz e a boca e....” Por que em caso de uma inesperada despressurização da cabine do avião devemos usar a “máscara de oxigênio”?

A pressão atmosférica é a consequência do peso do ar. É o peso da atmosfera distribuído em todas as direções, em volta das coisas, que produz a pressão atmosférica. Por isso quando a altitude aumenta, a pressão atmosférica diminui, pois há menos ar sobre nossas cabeças.

Em regiões como a cidade de La Paz, na Bolívia, localizada a mais de 3000 metros de altura em relação ao nível do mar, o ar atmosférico é rarefeito (menos denso) - o numero de moléculas, por metro cúbico, dos gases que compõem o ar, entre eles o oxigênio (O₂), é menor - se comparado com o ar atmosférico de cidades localizadas a baixa altitude, como Salvador, na Bahia. Isso acontece devido à variação da pressão atmosférica com a altitude.

Porém, quando estamos dentro da cabine de um avião, que voa em altitudes maiores que a da cidade de La Paz, isso não acontece porque as aeronaves possuem um sistema que efetua o bombeamento ativo de parte do ar atmosférico, aspirado e comprimido pelos motores da aeronave [1], para dentro da cabine do avião com a finalidade de manter as condições adequadas (pressão ambiente e oferta de O₂ por metro cúbico) ao corpo humano durante o voo, permitindo, assim, que os passageiros respirem normalmente [2], mesmo com a aeronave voando em altas altitudes.

No entanto, em caso de falha nesse sistema (ou escape do ar devido a um problema em alguma porta ou janela da aeronave) poderá ocorrer a despressurização da cabine do avião, uma vez que, em altas altitudes, a pressão dentro da aeronave é maior do que fora dela. Como consequência da despressurização, o ar no interior da cabine se tornará rarefeito, ou melhor, diminuirá a oferta de O₂, por metro cúbico, dentro da aeronave. A esta diminuição da oferta de O₂ denomina-se hipóxia.

Segundo Lemos e cols. [3], em decorrência da hipóxia o indivíduo tentará adaptar-se, seu organismo produzirá respostas em vários sistemas e acontecerão diferentes ajustes fisiológicos, como por exemplo, alterações na frequência respiratória e no sistema cardiovascular. Entre as estratégias para minimizar os efeitos negativos da hipóxia está a utilização de suplemento de O₂ [3]. Por isso, numa inesperada despressurização da cabine do avião, “mascaras de oxigênio” cairão automaticamente dos compartimentos localizados acima dos assentos.

Conforme Bogsan [2], Vice-presidente técnico da GOL Linhas Aéreas Inteligentes, ao puxar a mangueira que conecta a máscara, o passageiro aciona um gatilho que desencadeia uma reação química no interior do gerador químico, localizado acima da caixa onde as máscaras ficam armazenadas, e fornece O₂ por aproximadamente 12 min, tempo suficiente para que os pilotos possam efetuar a descida da aeronave para uma altitude de voo em que se possa respirar sem o auxílio da máscara (cerca de 3000 m, conforme o Blog Voegol [1]). Bogsan [2], ainda frisa que o O₂ distribuído para as máscaras dos pilotos não é fornecido por meio de geradores químicos, mas sim por cilindros independentes, localizados no porão da aeronave, que permitem o uso mais prolongado.

Fábio Luís Alves Pena, 

Instituto Federal da Bahia, Campus Simões Filho.

Referências

[1]<blog.voegol.com.br/index.php/categ/pergunte-ao-comandante> Acesso em: 18 de jun. 2012.

[2] A. BOGSAN. Revista GOL – Linhas Aéreas Inteligentes, 122 (2012).

[3] V. A LEMOS; H. K. M ANTUNES; R. V. T SANTOS; J. M. S. PRADO; S.TUFIK; M. T. MELLO. Revista Brasileira de Psiquiatria, 32, 1 (2010).

Qual a metade do cosmo que não se vê?

Desde que os físicos aprenderam a provocar colisões frontais entre as partículas subatômicas para transformá-las em energia pura, notaram um paradoxo que até então não havia ocorrido a ninguém. É que a energia produzida desse modo geralmente toma a forma de novas partículas, metade das quais é feita de matéria comum à outra metade, de antimatéria. Ou seja, sempre que se cria um próton de carga elétrica positiva, também surge um antipróton, que é negativo. Se nasce um elétron negativo, ao seu lado existe um anti-elétron positivo. Antimatéria é simplesmente isso: um inverso elétrico da matéria usual. Mas, então, por que não se vê antimatéria no grande laboratório natural que é o universo? Tudo indica que ela deve ter sido criada em grandes quantidades durante o Big Bang, a explosão que criou o Cosmo, há 15 bilhões de anos. Mas é praticamente certo que, dentro do enorme volume gigantesco a nossa volta, não existe o menor traço de anti-estrelas ou antigaláxias.

A necessidade de resolver essa contradição explica, em parte, a importância da máquina experimental montada no laboratório americano Fermilab, desde novembro do ano passado, para fabricar anti- hidrogênios. São átomos inteiros de antimatéria nos quais os prótons não têm carga positiva, mas sim negativa. E os elétrons passam de negativos a positivos. Então, esses elementos de eletricidade invertida podem fornecer uma pista para a sua aparente ausência no Cosmo: se forem examinados bem de perto, talvez revelem alguma propriedade nova, que não havia sido percebida antes.

A oportunidade surgiu somente agora porque os anti-hidrogênios são conquista recente. Só passaram a ser produzidos no final de 1995, numa experiência dirigida pelo físico alemão Walter Oelert, do Cern, sigla em francês para Centro Europeu de Pesquisas Nucleares. Oelert deu o primeiro passo, mas fez somente nove anti-elementos.

Este mês, o Fermilab deu um salto à frente ao demonstrar que é viável fabricar anti-átomos em quantidade – e, talvez, no fim do processo, fabricar energia. Os cem exemplares produzidos desde a montagem da “antifábrica”, em novembro de 1996, não são muita coisa. “Ainda vai ser preciso multiplicar esse número por vinte ou trinta, para poder fazer um estudo rigoroso”, diz David Christian, um dos responsáveis pela experiência. Mas, dado o primeiro passo, não vai ser difícil aumentar a produção e começar a investigar as propriedades dos anti- hidrogênios. Por enquanto, os físicos não sabem exatamente que tipos de coisa terão que procurar. Talvez a antimatéria sofra de alguma instabilidade, alguma propensão interna para desintegra-se. Isso explicaria o seu sumiço durante a história do Universo. Para Christian, a probabilidade de achar alguma anomalia não é grande. Mesmo assim, o trabalho não se perderá. Pois, enquanto mantém um olho no enigma cósmico, os físicos vão explorar um novo tipo de material à disposição da humanidade. E não é muito improvável que, nos próximos anos, ele sirva para desenvolver tecnologias inimagináveis atualmente.

Revista Super Interessante, novembro de 1997.

Porque algumas vezes observamos um aro ao redor do Sol?

O aro observado ao redor do sol é um fenômeno óptico, e ocorre em função da presença de nuvens altas translúcidas chamadas cirrustatus, que são nuvens em forma de camadas, bem elevadas na atmosfera (cerca de 8 km acima da superfície, aproximadamente) e formadas basicamente por cristais de gelo. Esses cristais promovem a difração dos raios luminosos, desviando os raios de luz. Assim, forma o aro ao redor do Sol, o halo.

Como os cristais de gelo funcionam como pequenas lentes, o halo pode ser visto de diversas maneiras, dependendo da posição do observador, das condições da atmosfera e do desvio da luz. É comum, por exemplo, ver as cores do arco-íris no halo, devido à decomposição da luz na atmosfera. Em algumas situações, inclusive, o halo, denuncia a presença de nuvens cirrustatus, pelo fato de serem quase transparentes. Algumas vezes com espessuras um pouco maiores, essas nuvens fazem com que o céu fique com um aspecto leitoso, parecendo um pouco esfumaçado.

Geralmente, as nuvens são formadas na vanguarda do sistema frontal (que é o encontro de massas de ar distintas), sendo até indicadoras de mudanças de tempo, como queda na temperatura e aparecimento de chuva. Porém, se uma massa de ar frio seguir para o oceano em vez de para o norte, embora as nuvens possam ser avistadas, não há mudanças significativas no tempo dos dias seguintes. Como temos a atuação mais frequentes de frentes frias desde o outono até o meio da primavera, a ocorrência de halos pode ser maior.

Alem de ser observado ao redor do sol o fenômeno pode ser visto à noite, em volta da Lua.

Fonte: Revista Ciência Hoje, v. 42, agosto de 2008.

Quais os empecilhos para se transformar um acelerador de partículas em meio de propulsão para naves espaciais?

A propulsão de qualquer foguete, incluindo naves espaciais, baseia-se no princípio de conservação de momento. Em um foguete comum, os gases gerados por reações químicas no combustível sólido ou líquido, são expelidos em alta velocidade pela tubeira (ou bocal) de exaustão do veículo, produzindo uma força de reação sobre ele denominada empuxo, que o propele no sentido contrario ao da exaustão do gás propelente. A Força de empuxo é proporcional ao produto da velocidade com que o gás propelente sai da tubeira pela taxa de exaustão. Portanto, para conseguir grande aceleração do veículo, é possível utilizar sistemas nos quais a taxa de exaustão seja alta, o que significa uma rápida queima do combustível, ou nos quais o gás propelente saia com velocidades altíssimas.

Naturalmente, os aceleradores permitem acelerar prótons a grandes energias, de forma que se poderia pensar que, utilizando um acelerador em foguete, seria possível lançá-lo no espaço com uma alta taxa de exaustão, produzindo altos valores de empuxo. No entanto, isso não é viável por uma razão fundamental: é que, ao expelir partículas carregadas no espaço, a espaçonave, como é um corpo isolado, ficaria altamente carregada com a carga contrária, atraindo de volta os íons do “propelente” e impedindo sua aceleração. Alem disso, os aceleradores são dispositivos de grandes proporções e peso, o que deve ser evitado em um veículo espacial.

Uma solução parecida com esse esquema é chamada propulsão iônica. Em vez de se utilizar um acelerador, se produz um gás ionizado, ou plasma, dentro de uma câmara no veículo espacial. Os íons do plasma são extraídos e lançados no espaço através de grades com polarização eletrostática, que repele elétrons e acelera íons. Para se evitar que o veiculo fique carregado negativamente, no seu exterior pode ser colocado um filamento que emite elétrons no espaço. Assim, a carga total emitida pela espaçonave é nula e ela não se carrega. Esse sistema já está sendo utilizado para o controle de órbita de satélites artificiais e está sendo estudada pela Nasa, a Agência Espacial Norte-Americana, para ser o propulsor de espaçonaves para viagens tripuladas a Marte.

Ricardo Galvão, Centro Brasileiro de Pesquisas Físicas.

Ciência Hoje, 12/ 2006.

Quais as evidências que podem garantir que um país está enriquecendo urânio e desenvolvendo armas nucleares?

É difícil notar essas evidências se o país desenvolve armas nucleares secretamente, mas sabemos que, para conseguir isso, um pré-requisito que o país precisa ter é o domínio completo da tecnologia nuclear. Entretanto, quando um tratado internacional é assinado, tendo a Organizações das Nações Unidas (ONU) como pano de fundo, o país está se comprometendo a não produzir armar nucleares. É importante lembrar, contudo, que produzir uma bomba atômica não significa produzir uma arma nuclear. Fazer uma bomba pode ser fácil, mas não é fácil fazer uma arma de destruição em massa, porque precisa ser bastante pequena e leve, para que possa ser lançada por mísseis. Quando o país começa a testar mísseis, ele desperta a preocupação dos outros em relação ao desenvolvimento de armas nucleares e isso pode vir a ser outra evidência.

A demonstração iraniana no domínio das tecnologias nucleares, e de mísseis, tem certa semelhança às demonstrações da Índia e do Paquistão, ao realizarem seus testes nucleares. Atualmente, o único país que mantém uma política de ambiguidade sobre sua capacidade nuclear seria Israel, apesar da forte suspeita internacional sobre a existência de seu arsenal nuclear. O Irã age de maneira explícita e convoca a imprensa para anunciar seus feitos. A demonstração do seu potencial nuclear não seria apenas uma encenação, mas um jogo político para que, por meio do temor de que desenvolva um arsenal nuclear, tenha condições de diálogo no contexto do tratado de não proliferação nuclear (TNP) da ONU.

Fernando de Souza Barros, Instituto de Física (Professor Emérito), Universidade Federal do Rio de Janeiro.

Revista Ciência Hoje, v. 46, n. 272.

Por que os raios não são captados e armazenados em grandes capacitores de modo a se aproveitar sua energia?

Os limites tecnológicos atuais não permitem tal façanha. O problema de acumular de forma prática a carga de um raio (comumente de 16 coulombs, correspondente a um número de elétrons igual a 1 seguido de 20 zeros) em capacitores está na baixa rigidez dielétrica dos materiais isolantes usados na fabricação do equipamento. Hoje esses conjuntos de condutores elétricos separados por isoladores não são capazes de suportar altas tensões e ao mesmo tempo acumular tamanha quantidade de carga elétrica.

Os ultracapacitores ou supercapacitores comercializados atualmente – feitos de nanotubos de carbono e polímero, ou aerogéis, e que chegam a valores incríveis de capacitância, de até 5 mil faradays – podem muito bem acumular uma carga comparável à de um raio, mas suportam apenas baixas tensões, da ordem de alguns volts. Um supercapacitor de 5 mil Faradays, por exemplo, é capaz de acumular a carga de 5 mil coulombs, porém sob o efeito de uma voltagem de apenas 1 volt. Os supercapacitores em seus terminais tensões tão elevadas como as que acompanham os raios (entre 10 milhões e 1 bilhão de volts).

Esse é um problema que a ciência dos novos matérias terá que resolver para no futuro. Enquanto isso, o que se tem feito é associar esses supercapacitores em serie, de modo que a soma de suas voltagem total equivalente àquela associada a um raio. Mas há limitações para esse uso. Além de a capacitância do sistema como um todo diminuir proporcionalmente ao número de capacitores em série, os supercapacitores, vale lembra, têm dois terminais: um positivo e um negativo. Como os raios são imprevisíveis quanto à sua energia, ao local de queda e, principalmente, à sua polaridade (que pode ser positiva ou negativa), caso a associação formada pelos supercapacitores se polarize de forma errada, ela estourará, assim como o capacitor eletrolítico, que também tem terminais polarizados.

Gerson Paiva, Centro Brasileiro de Pesquisas Físicas (CBPF).

Ciência Hoje, v.44, n. 260.

Por que levamos Choque ao tocar em objetos sem Corrente Elétrica?

O choque é o conjunto de sensações causadas pela passagem de corrente elétrica pelo nosso corpo. Ele ocorre quando tocamos, ao mesmo tempo, em dois objetos entre os quais existia uma diferença de potencial elétrico. Esse potencial resulta da presença de cargas elétricas nos objetos – muitas cargas positivas e poucas cargas negativas, por exemplo, representam um potencial muito positivo, que pode chegar a milhares de volts. Os dois objetos podem perfeitamente ser isolantes (que não conduzem corrente elétrica), mas se entre ele houver uma diferença de potencial elétrico e ambos forem conectados por um condutor, como o corpo humano, irá ocorrer a passagem de corrente, causando a sensação de choque.

Dois isolantes podem ter potenciais elétricos desiguais se um deles contiver muitas cargas negativas e o outro muitas cargas positivas ou se um tiver muitas cargas (positivas ou negativas) e o outro poucas cargas (positivas ou negativas).

Colocando um condutor entre eles, os potenciais elétricos tendem a se tornar iguais, por isso as cargas fluem de um isolante para outro. Essa parte do fenômeno é bem conhecida e fácil de demonstra experimentalmente. Há outra parte muito pouco conhecida: a natureza das cargas elétricas em um isolante eletrizado. As cargas são de elétron (partículas negativas), de íons (átomos ou moléculas eletricamente carregados positiva ou negativamente) ou de quê? Um trabalho recentíssimo (Gouveia ET AL., J. Phys. Chem B, 2005) mostrou que cargas originadas na superfície do filme de sílica – um material isolante – formado sobre uma lâmina de silício são iônicas: as negativas (formadas mais facilmente) são íons silicato e as positivas, íons hidroxônio. Outra descoberta desse mesmo trabalho foi que todos os íons da superfície de sílica eletrizada resultam da quimissorção da água, isto é, da ligação das moléculas de vapor d’ água à sílica.

Fernando Galembeck, Universidade Estadual de Campinas.

Ciência Hoje,v.38, n. 227.